數(shù)字的pid控制算法

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1、計算機測控系統(tǒng)讀書筆記《數(shù)字PID控制算法》學院：11111專業(yè)：11111姓名：11111學號：111112017年10月一、參考文獻《計算機測控系統(tǒng)設計與應用》李正軍機械工業(yè)出版社百度文庫二、知識目錄1、主要內(nèi)容：數(shù)字PID控制算法對標準PID算法的改進PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇2、重點內(nèi)容：為什么要用PID調(diào)節(jié)器數(shù)字PID控制算法的比例、積分、微分的作用特點和不足PID控制算法數(shù)字化前提條件兩種算法表達式及相互比較對標準PID算法的改進——“飽和”作用的抑制采樣周期的選擇依據(jù)三、主要內(nèi)容學習1、數(shù)字PID控制算法P(比例)I（積分）D（微分）位置式PID算法由于計算機控制是

2、一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，因此式子中的計分和微分項不能直接準確計算，只能用數(shù)值計算的方法逼近。在采樣時刻t=iT（T為采樣周器），模擬PID調(diào)節(jié)規(guī)律可通過下數(shù)值公式近似計算上式的控制算法提供了執(zhí)行機構(gòu)的位置Ui（如閥門開度），所以稱之為位置式PID控制算法。增量式PID算法相減就可以導出下面的公式上式稱為增量式PID控制算法。也可以將其進行進一步改寫。其中圖1給出了位置式與增量式PID算法的結(jié)構(gòu)比較。圖1位置式與增量式PID控制算法的簡化示意圖(a)位置式(b)增量式增量式PID算法與位置式相比，存在下列優(yōu)點：①位置式算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關，

3、計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計誤差。而增量式只需計算增量，當存在計算誤差或精度不足時，對控制量計算的影響較小。②控制從手動切換到自動時，必須首先將計算機的輸出值設置為原始閥門開度u0，才能保證無沖擊切換。如果采用增量算法，則由于算式中不出現(xiàn)u0項，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。此外，在計算機發(fā)生故障時，由于執(zhí)行裝置本身有寄存作用，故可仍然保持在原位。因此，在實際控制中，增量式算法要比位置式算法應用更為廣泛。圖2給出了增量式PID控制算法子程序的流程。在初始化時，應在內(nèi)存固定單元置入調(diào)節(jié)參數(shù)d0,d1,d2和設定值w，并設置誤差初值ei=ei-1=ei-2

4、=0。圖2增量式PID控制算法子程序流程1、對標準PID算法的改進①“飽和”作用的抑制在實際過程中，控制變量因受執(zhí)行元件機械和物理性能的約束而限制在有限范圍內(nèi)，即其變化率也有一定的限制范圍，即如計算機給出的控制量在上述范圍內(nèi)，那么控制可以按預期的結(jié)果進行。如超出上述范圍，則實際執(zhí)行的將不再是計算值，由此將得不到預期結(jié)果，這類效應叫做“飽和”效應。因這種現(xiàn)象在給定值發(fā)生突變時特別容易發(fā)生，故有時也稱作“啟動效應”。PID位置算法的積分飽和作用及其抑制產(chǎn)生積分飽和的原因若給定值w從0突變到w*且有PID位置算式算出的控制量U超出限制圍，如U＞Umax，則實際執(zhí)行的控制量為上界值U

5、max，而不是計算值。此時系統(tǒng)輸出y雖不斷上升，但由于控制量受到限制，其增長要比沒有限制時慢，偏差e將比正常情況下持續(xù)更長的時間保持在正值，故位置式算式中積分項有較大累積值。當輸出超出給定值w*后，偏差雖然變?yōu)樨撝?，但由于積分項的累積值很大，還要經(jīng)過相當一段時間t后控制變量才能脫離飽和區(qū)，這樣，就使系統(tǒng)輸出出現(xiàn)了明顯超調(diào)。顯然，在PID位置算法中“飽和作用”主要是由積分項引起的，故稱為“積分飽和”。圖3PID位置算法的計分飽和現(xiàn)象圖4遇限削弱積分法克服積分飽和a—理想情況的控制b—有限制時產(chǎn)生積分飽和克服積分飽和的幾種常見方法遇限削弱積分法這一修正算法的基本思想是：一但控制變

6、量進入飽和區(qū)，將只執(zhí)行削弱積分項的運算而停止進行增大積分項的運算。其算法框圖如圖5所示。圖5采用遇限削弱積分的PID位置算法積分分離法減小積分飽和的關鍵在于不能使積分項累積過大。上面的修正方法是一開始就積分，但進入限制范圍后即停止累積。而積分分離法正好與其相反，它在開始時不進行積分，直至偏差達到一定閾值后才進行積分累積。這樣，一方面防止了一開始有過大的控制量；另一方面即使進入飽和后，因積分累積小，也能較快退出，減少了超調(diào)。圖6積分分離法克服積分飽和（0〈t〈τ時，積分不累積，t〉τ時計分累積）a—不采用積分分離法；b—采用積分分離法采用積分分離法的PID位置算法框圖如圖7所示

7、。系統(tǒng)輸出在門限外時，該算法相當于一個PD調(diào)節(jié)器。只有在門范圍內(nèi)，積分部分才起作用，以消除系統(tǒng)靜差。圖7采用積分分離法的PID位置算法②干擾的抑制PID控制算法的輸入量是偏差e，也就是給定值w與系統(tǒng)輸出y的差。在進入正常調(diào)節(jié)后，由于y已接近w，e的值不會太大。所以相對而言，干擾值對調(diào)節(jié)有較大的影響。為了消除隨機干擾的影響，除了從系統(tǒng)硬件及環(huán)境方面采取措施外，在控制算法上也應采取一定措施，以抑制干擾的影響。根據(jù)具體情況，經(jīng)常采用以下幾種抑制干擾方法：對于作用時間較為短暫的快速干擾例如采樣器、A/D轉(zhuǎn)換器的